Bản chất: event loop & libuv

Ở khoá Cơ bản (bài Bất đồng bộ), bạn đã có mô hình ba tầng: code đồng bộ chạy hết → vét microtask → rồi tới macrotask. Mô hình đó đúng - nhưng thử đặt nó trước câu hỏi này:

setTimeout(() => console.log("timeout"), 0);
setImmediate(() => console.log("immediate"));

Cả hai đều là "macrotask", mô hình cũ hết câu trả lời. Muốn trả lời, phải mở Node ra xem macrotask thật ra không phải MỘT hàng đợi - nó là nhiều hàng đợi, mỗi hàng gắn với một phase của vòng lặp. Và người quản lý các phase đó không phải V8, mà là một thư viện C tên libuv.

• ▸V8: máy ảo chạy code JavaScript - biết thực thi, không biết chờ I/O.
• ▸libuv: thư viện C chứa event loop (implementation của vòng lặp), nói chuyện với hệ điều hành để chờ I/O không chặn.
• ▸Node.js = V8 + libuv + các module chuẩn (fs, http, crypto…) nối hai bên lại.

Trực giác bảo: muốn phục vụ 1000 kết nối thì cần 1000 luồng. Node làm ngược lại nhờ non-blocking I/O: khi cần đọc mạng/tệp, Node KHÔNG đứng chờ - nó đưa cho hệ điều hành một danh sách "chờ giúp tôi mấy việc này", rồi quay về chạy code khác. Hệ điều hành có sẵn cơ chế theo dõi hàng nghìn kết nối cùng lúc rất rẻ (epoll trên Linux, kqueue trên macOS); việc nào xong, libuv nhặt callback của việc đó đưa lại cho V8 chạy.

• ▸Chờ I/O gần như miễn phí: hệ điều hành theo dõi giúp, Node chỉ nhận kết quả.
• ▸Vậy nên 1 luồng + event loop đủ cho hàng nghìn kết nối I/O-bound - đây là lý do Node nhanh.
• ▸Điểm yếu đối xứng: một phép tính nặng chặn luồng là CHẶN TẤT CẢ - cách xử lý nằm ở bài Đa luồng & đa tiến trình.

Mỗi vòng (tick) của event loop đi qua các phase theo thứ tự cố định. Ba phase quyết định mọi câu đố thứ tự bạn sẽ gặp:

Còn hai hàng đợi không thuộc phase nào và được ưu tiên hơn tất cả: sau mỗi một callback, Node vét cạn hàng process.nextTick trước, rồi vét cạn hàng microtask (Promise.then), xong mới chạy callback kế. Đủ để giải câu đố kinh điển:

console.log("1");
setTimeout(() => console.log("timeout"), 0);
setImmediate(() => console.log("immediate"));
Promise.resolve().then(() => console.log("promise"));
process.nextTick(() => console.log("nextTick"));
console.log("2");

1
2
nextTick
promise
immediate
timeout

• ▸Thứ tự ưu tiên: code đồng bộ → hàng nextTick → hàng microtask → rồi mới tới các phase.
• ▸timeout vs immediate ở TOP-LEVEL là cuộc đua thật: setTimeout(0) bị nâng lên 1ms - vòng lặp khởi động kịp trong 1ms thì check chạy trước, không kịp thì timers chạy trước.
• ▸Vét nextTick/microtask xảy ra sau MỖI callback - không phải mỗi vòng một lần.

Ba kịch bản dưới đây mỗi cái dạy một luật. Đoán thứ tự in trước, rồi bấm Bước ▶ xem từng callback rời hàng đợi nào, ở vòng lặp thứ mấy:

console.log("1");
setTimeout(() => console.log("timeout"), 0);
setImmediate(() => console.log("immediate"));
Promise.resolve().then(() => console.log("promise"));
process.nextTick(() => console.log("nextTick"));
console.log("2");

Cuộc đua timeout-vs-immediate ở top-level chỉ là chuyện vui. Nhưng đặt cả hai bên trong một I/O callback thì thứ tự thành ĐẢM BẢO:

const fs = require("node:fs");

fs.readFile(__filename, () => {
  console.log("doc xong");
  setTimeout(() => console.log("timeout"), 0);
  setImmediate(() => console.log("immediate"));
});

doc xong
immediate
timeout

Vì sao chắc chắn? I/O callback chạy ở phase poll. Nhìn lại thứ tự phase: ngay sau poll là check - immediate vào đó, chạy luôn vòng này. Còn timer mới đặt thì phải đợi vòng lặp quay về phase timers của vòng sau. Không có cuộc đua nào cả - chỉ có thứ tự phase cố định của vòng lặp.

• ▸Trong I/O callback: setImmediate LUÔN chạy trước setTimeout(0) - luật đảm bảo, dùng được trong code thật.
• ▸Cần "chạy ngay sau I/O này, trước mọi timer"? setImmediate là công cụ đúng.
• ▸Đây là ví dụ điển hình của việc hiểu phase: biến một câu đố hên xui thành một luật chắc chắn.

Một bất ngờ mà tài liệu cũ ít nhắc: cùng hai dòng code, đổi đuôi tệp là đổi thứ tự in.

Promise.resolve().then(() => console.log("promise"));
process.nextTick(() => console.log("nextTick"));

nextTick
promise

Promise.resolve().then(() => console.log("promise"));
process.nextTick(() => console.log("nextTick"));

promise
nextTick

• ▸Code ESM (import/export, đuôi .mjs) top-level chạy trong ngữ cảnh microtask → promise xếp trước nextTick.
• ▸Bên trong callback (timer, I/O…) thì hai môi trường như nhau: nextTick vẫn thắng microtask.
• ▸Bài học lớn hơn: thứ tự tinh vi là thứ DỄ VỠ - code đúng đắn không nên phụ thuộc nextTick-vs-promise.